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目录1

第一章 导言1

1·1生物化学工程——两门学科相互渗透而形成的一门新学科1

1·2现代发酵工业的发展简史2

1·3生物化学工程工作者在现代发酵工业发展中的作用6

1·4生物化学工程在发酵工业中的地位8

1·4·1单元操作9

1·4·2单元作业9

1·4·3工艺设计10

1·5发展趋势11

1·5·1生物性物质的利用和开拓12

1·5·1·1发酵的新碳源12

1·5·1·2伴同氧化（辅氧化）Cooxidation13

1·5·1·3酶的生产14

1·5·1·4聚合物15

1·5·2新技术的引用15

1·5·2·1培养方法15

1·5·2·3空气提升式发酵罐16

1·5·2·2自动化系统与计算机控制16

1·5·2·4薄膜系统17

1·5·2·5固定化酶（固相酶，不溶酶）18

1·6环境污染的防治与生物化学工程19

第二章 微生物的特征22

2·1微生物的类型22

2·1·1细菌22

2·1·2病毒26

2·1·3真菌29

2·1·4原生动物32

2·2化学组成33

2·3生长的必需条件与培养基的调配35

2·3·1生长的必需条件35

2·3·2培养基的调配38

2·3·2·1能源38

2·3·2·2碳源38

2·3·2·3氮源39

2·3·2·4无机物40

2·4·1微生物的繁殖周期41

2·4·1·1细菌41

2·4微生物的繁殖41

2·4·1·2病毒42

2·4·1·3真菌43

2·4·2细胞核物质的复制44

2·4·3遗传信息的传递46

2·4·3·1氨基酸的遗传密码46

2·4·3·2核糖核酸与蛋白质合成46

2·4·3·3蛋白质合成的控制50

2·4·4变异55

2·4·5变异的实际应用57

2·4·5·1菌株选育59

2·4·5·2菌种保存63

2·5由于环境条件改变而引起的变化63

2·5·1菌龄和生长速度对细胞成分的影响64

2·5·2限制生长的底物对细胞成分的影响70

2·6小结73

术语75

参考文献76

3·1生物氧化和能量传递80

第三章 微生物化学活动的总论80

3·2为细胞生长提供所需能量和代谢物的代谢途径88

3·2·1酵解或Embden-Meyerhof-Parnas（EMP）途径88

3·2·2己糖单磷酸（HMP或HMS）途径90

3·2·3异型乳酸发酵乳杆菌91

3·2·4Entner-Doudoroff（E-D）途径92

3·2·5丙酮酸的不需氧（无氧、厌氧）代谢94

3·2·6三羧酸（TCA）循环96

3·2·7细胞（菌体）产量99

3·2·8乙醛酸循环与脂肪代谢102

3·2·9烃类代谢104

3·3代谢物的积累108

3·3·1氨基酸生产108

3·3·1·1鸟氨酸发酵110

3·3·1·2赖氨酸、蛋氨酸与苏氨酸发酵111

3·3·1·3谷氨酸发酵113

3·3·2核苷酸生产115

3·3·3抗生素生产117

3·3·4双向代谢途径的控制119

3·4小结122

术语124

参考文献125

第四章 动力学129

4·1酶系统130

4·1·1简单形式的酶反应动力学130

4·1·2Lineweaver-Burk图式132

4·1·3复杂形式的酶反应动力学133

4·1·4酶的抑制133

4·1·5确定酶反应类型及其特性常数的计算实例136

4·1·6酶对聚合物的作用139

4·2绝对反应速度理论在动力学中的应用140

4·2·1例1：过氧化氢的催化分解143

4·2·2例2：氨基甲酸乙酯（尿烷）浓度对三叶草根瘤菌Rhizobiumtrifolii的氧吸收率的影响145

4·2·3例3：温度对黄色青霉菌的菌丝体生长速度、呼吸率以及青霉素产生速度的影响146

4·3某些发酵的动力学类型148

4·4细胞活动的动力学参数的公式152

4·4·1比生长速度（μ）的公式153

4·4·2产率（收率）概念154

4·4·3组成式生长模式155

4·4·4产物的生成156

4·5·1细胞水平（混合培养）158

4·5振荡系统Oscillatorysysten动力学158

4·5·2酶水平161

4·6小结163

术语164

参考文献167

第五章 连续培养（连续发酵）172

5·1稳定（状）态连续发酵理论175

5·1·1连续多级罐中的物料平衡175

5·1·2再循环单罐中的物料平衡179

5·1·3设计标准182

5·2恒流速培养器（单罐）中的微生物动态；某些实例187

5·2·1棕色固氮菌恒流速培养器（非稳定态）对环境条件变化的反应189

5·2·2面包酵母baker syeast不需氧发酵（非稳定态）的计算结果与实测结果的比较194

5·3分批培养与连续培养的比较196

5·4连续培养的实例200

5·4·1酵母200

5·4·2细菌201

5·4·3真菌202

5·5·1连续培养罐中的均匀性203

5·5关于连续培养的一些实际问题203

5·5·2无菌状态的保持204

5·5·3稳定性204

5·6设计计算实例205

5·6·1单罐再循环205

5·6·2连续双罐206

5·7小结208

术语209

参考文献212

第六章 通风（通气）与搅拌218

6·1物质传递与微生物呼吸219

6·1·1物质传递的阻力219

6·1·2物理的论点与酶的论点的比较220

6·1·3溶解氧浓度的临界值与Qo2221

6·1·4菌丝体团（菌丝球）的呼吸223

6·2鼓泡通气与机械搅拌227

6·2·1鼓泡通气227

6·2·1·1单气泡227

6·2·2·1功率准数（值）与雷诺准数（值）229

6·2·2机械搅拌229

6·2·1·2气泡群229

6·2·2·2通气情况下功率消耗的下降232

6·2·2·3非牛顿型液体中的功率消耗234

6·2·2·4通气罐中气泡的滞留236

6·3氧传递系数与工作变数间的关系237

6·3·1鼓泡通气237

6·3·2带有机械搅拌的鼓泡通气239

6·4·2有机物质242

6·4·1温度242

6·4影响氧传递系数数值的其它因素242

6·4·3表面活性剂243

6·4·4菌丝体245

6·4·5通气管（鼓泡器）的型式246

6·5计算实例247

6·6小结250

术语251

参考文献254

第七章 扩大（放大）261

7·1·1物理学概念262

7·1扩大的理论基础262

7·1·2生物学概念267

7·2扩大实例270

7·2·1单位容积液体的功率输入270

7·2·2容量氧传递系数272

7·3非牛顿型流体概述277

7·3·1定义277

7·3·2发酵液的非牛顿型流体性质279

7·4扩大设计实例281

7·5小结285

术语286

参考文献288

第八章 将实验室培养的结果转化成工厂工艺291

8·1缩小292

8·1·1运用中间（试验）工厂293

8·1·2运用氧吸收速度294

8·2实验室培养结果转化成工厂工艺296

8·3摇瓶试验298

8·3·1瓶塞对氧传递的阻力299

8·3·2蒸发304

8·3·3表面通气305

8·3·4溶解氧307

8·4小结311

术语312

参考文献315

第九章 培养基灭菌316

9·1·1原理317

9·1热对微生物的致死作用317

9·1·2温度对死亡比速度的影响319

9·1·3微生物死亡速度的实验测定322

9·2灭菌设备的不同设计观点324

9·2·1细菌芽孢的寿命分布324

9·2·2细菌芽孢蔟的平均寿命326

9·2·3存活图与灭菌图327

9·3培养基的分批灭菌330

9·3·1温度-时间关系与设计计算330

9·3·2计算实例333

9·4·1设备与温度-时间关系334

9·4培养基的连续灭菌（连消）334

9·4·2逗留时间335

9·4·3计算举例342

9·5小结344

术语345

参考文献347

第十章 空气灭菌350

10·1空气中微生物的种类和数量351

10·2·1热能353

10·2实用的空气灭菌353

10·2·2紫外线和其它电磁波354

10·2·3电晕放电355

10·2·4杀菌剂喷淋355

10·2·5机械性过滤355

10·3利用纤维性介质进行空气灭菌356

10·3·1由概率论观点分析阻集效率356

10·3·2单个纤维阻集效率的物理意义359

10·3·3阻集效率的实验数据，确定论与概率论的比较368

10·3·5空气灭菌用的过滤器设计示例375

10·3·4气流的压力降375

10·4空气灭菌用聚乙烯醇（PVA）过滤器378

10·5小结383

术语384

参考文献386

第十一章 设备设计与无菌状态391

11·1发酵罐设计395

11·1·1基本原则395

11·1·2结构材料和发酵罐容积396

11·1·3轴承设备398

11·1·4电动机399

11·2无菌密封400

11·3无菌操作402

11·3·1管道与阀门402

11·3·2无菌接种403

11·3·3无菌采样404

11·4小结406

参考文献407

第十二章 环境条件控制用的仪表408

12·1环境传感器的现状409

12·2·1温度410

12·2物理环境传感器410

12·2·2压力411

12·2·3搅拌轴功率411

12·2·4泡沫413

12·2·5流速（气体与液体）415

12·2·6浊度415

12·2·7粘度416

12·3化学环境传感器416

12·3·1pH416

12·3·2氧化还原418

12·3·3溶解氧420

12·3·4排出气的组成424

12·3·5中间代谢物424

12·3·6其它化学因素425

12·4原始开启传感器425

12·4·1氧吸收速度，氧传递容量系数，二氧化碳排出速度426

12·4·2其它控制信息430

12·5直接控制与间接控制431

12·7·1设备筒图432

12·7计算机控制的基本概念432

12·6与计算机联用的发酵罐432

12·7·2计算机433

12·7·3计算（机）程序434

12·7·4数据分析434

12·8小结438

术语438

参考文献441

第十三章 发酵产品的回收444

13·1·1重力场与离心力场中的受阻沉降446

13·1机械分离的原理446

13·1·2过滤451

13·1·3降低过滤阻力的细胞预处理453

13·2细胞破碎的方法456

13·2·1机械方法457

13·2·1·1超声波振动457

13·2·1·2磨碎与机械振动458

13·2·1·3加压剪切460

13·2·2非机械性解裂462

13·2·2·1物理方法462

13·2·2·2溶菌剂463

13·2·3干燥467

13·2·4提高细胞脆性467

13·3提取468

13·4初步分部分离469

13·4·1除核酸469

13·4·2除蛋白（沉淀作用）470

13·5高精度分离472

13·5·1超滤法472

13·5·1·1原理473

13·5·1·2实例476

13·5·2层析479

13·5·2·1理论481

13·5·2·2实例485

13·5·3逆流分溶（分布）法及其它方法488

13·6小结490

术语492

参考文献496

14·1固定化酶的制备504

14·1·1吸附法504

第十四章 固定化酶（固相酶、不溶酶）504

14·1·2包埋法（包罗法）505

14·1·3分子间交联506

14·1·4共价结合507

14·2固定化酶系统的动力学509

14·2·1环境因素对固定化酶系统动力学影响的概述509

14·2·1·1Km与Km′512

14·2·1·2pH513

14·2·1·3温度及其它因素516

14·2·2·1占空速度（SpaceVelocity）518

14·2·2固定化酶柱的性能518

14·2·2·2液流的压力降520

14·2·3稳定性521

14·3固定化酶的应用523

14·3·1医疗上的用途523

14·3·2分析上的应用（酶电极）523

14·3·3工业用途525

14·3·4其它方面的用途527

14·4小结527

术语528

参考文献530